sursaut de rayons X

Un phare ne brille pas de manière continue, mais par de brefs éclats lumineux. L'étoile à neutrons du système 4U 1323-62 est un tel phare dans le domaine des rayons X. Elle attire le gaz de son étoile compagne, et lorsque suffisamment de matière s'accumule à sa surface, une explosion thermonucléaire se produit — un sursaut de rayons X.

La lumière d'un phare lointain ne s'éteint pas d'un coup : elle flamboie d'abord, puis s'enfonce lentement dans l'obscurité. C'est ce que fait le pulsar à rayons X 4U 0115+63 — une étoile à neutrons qui s'embrase de temps à autre lorsque du gaz provenant d'une étoile ordinaire voisine tombe sur elle.

L'enquête cosmique a commencé avec un sursaut discret dans le domaine optique. L'objet AT2019wzc s'est lentement allumé puis éteint, comme une braise qui couve. Mais à l'intérieur se cachait quelque chose de bien plus énergétique : des sursauts répétés de rayons X mous, que les astronomes appellent éruptions quasi-périodiques.

À 123 parsecs de la Terre, dans la constellation de la Couronne australe, flotte l'étoile à neutrons RX J1856.5-3754. Son diamètre est d'environ 12 kilomètres, soit moins que le périphérique de Paris, mais sa température de surface atteint 460 000 kelvins.

Une étoile a épuisé son carburant et s'effondre rapidement sous son propre poids. Selon les idées classiques, elle s'effondre en un point de densité infinie – la singularité. Mais que se passerait-il si la nature ne tolérait pas les infinis ?

Au fin fond de l'espace, au centre d'une galaxie. Un trou noir supermassif est entouré d'un disque incandescent de gaz et de poussière. Et voilà qu'à travers ce voile de feu, avec une périodicité de quelques heures, une étoile s'élance — telle une flèche décochée par l'arc de la gravité.

Les noyaux actifs de galaxie (noyau actif de galaxie) sont les centrales électriques cosmiques par excellence : leur couronne en rayons X rayonne des millions de fois plus que les atmosphères stellaires. Mais qui allume l'étincelle ?

Une étoile à neutrons est le noyau laissé après l'explosion d'une étoile massive. La matière y est si comprimée qu'une cuillère à café pèserait des milliards de tonnes. Mais la taille et la masse exactes de ces objets restent débattues. Une équipe d'astronomes a étudié le système EXO 0748-676, où une étoile à neutrons arrache de la matière à une étoile compagne ordinaire.

Une casserole de bouillie qui bout à feu vif : les bulles remontent les grains du fond à la surface. Un mécanisme similaire opère sur une étoile à neutrons. Accumulant hydrogène et hélium de l'étoile voisine, elle déclenche de temps à autre une explosion nucléaire puissante — un sursaut X.

Dans l'amas globulaire Terzan 5 se cache le système binaire IGR J17480-2446. L'un de ses membres est une étoile à neutrons qui se comporte étrangement. Elle tourne à seulement 11 hertz (11 tours par seconde) et, après une éruption, refroidit de manière suspecte lente. D'habitude, ces étoiles tournent des centaines de fois plus vite et refroidissent allègrement — ici, c'est tout le contraire.

Un tuyau d'incendie qui frappe un tas de neige. L'eau ne se contente pas de repousser la neige — là où elle frappe, naissent des éclaboussures, de la vapeur et un fracas. C'est à peu près ce qui se passe avec les jets — d'étroits flux de matière éjectés à grande vitesse des environs d'un trou noir.

L'onde de choc jaillit de la surface de l'étoile – et, l'espace d'un instant, naît un éblouissant éclat d'ultraviolet et de rayons X. C'est précisément un tel événement, nommé EP260321a, que le télescope spatial Einstein a repéré en mars 2026. La lumière a mis environ 450 millions d'années pour nous parvenir.

Une étoile massive termine sa vie par un effondrement spectaculaire : le cœur se comprime en étoile à neutrons ou en trou noir, tandis que les couches externes sont projetées dans une supernova éblouissante.

Une étoile à neutrons, c'est une ville de la taille de Manhattan compressée à une densité telle qu'une cuillère à café de sa matière pèse autant que le mont Everest. Pour comprendre sa structure interne, les scientifiques mesurent son rayon.

De minuscules balles invisibles traversent le Soleil de part en part, sans presque remarquer sa matière. Ce sont les axions — des particules hypothétiques si légères et insaisissables qu'on les compare à des fantômes.

En 2017, les détecteurs ont capté un frémissement de l'espace — les ondes gravitationnelles issues de la fusion de deux étoiles à neutrons. Les télescopes ont aussitôt repéré un éclair de lumière : une explosion cosmique que les astronomes ont baptisée kilonova.

Une ampoule qui ne grille pas, mais qui s'emballe et devient de plus en plus brillante jusqu'à faire voler en éclats tout le luminaire. C'est à peu près ainsi que meurent les étoiles les plus massives de l'Univers. Lorsque le cœur d'une étoile atteint des milliards de degrés, des paires de particules commencent à s'y créer : des électrons et leurs antiparticules, les positons.

Un épais élastique en caoutchouc est tordu de plus en plus fort. À un moment donné, il n'y tient plus — il se rompt et fouette l'air, libérant l'énergie accumulée. C'est à peu près ce qui se passe avec les champs magnétiques à l'intérieur des étoiles à neutrons — ces résidus ultra-denses d'étoiles explosées.

Le phare clignote régulièrement une fois par seconde. S'il se déplace en cercle, ses éclats arrivent tantôt un peu plus tôt, tantôt un peu plus tard – et trahissent un compagnon invisible. C'est exactement ainsi que les astronomes ont démasqué le compagnon caché de l'étoile IY Lyrae.

Une balançoire ne se met à osciller que si on la pousse en rythme. Décalez légèrement vos poussées, et vos efforts sont perdus. C'est à peu près ainsi que la lumière interagit avec le noyau atomique : en général, un photon n'est absorbé que si son énergie correspond exactement à la différence entre les niveaux nucléaires.

La croûte d'une étoile à neutrons n'est pas une simple enveloppe solide. Sous un poids de milliards de tonnes par centimètre carré, les atomes perdent leurs électrons, et les noyaux restants s'organisent en un réseau cristallin rigide, semblable à un nid d'abeilles, mais fait d'une matière un trillion de fois plus dense que l'acier.

Une étoile à neutrons est le vestige d'une étoile explosée, comprimé à la taille d'une ville. À sa surface, un incendie thermonucléaire peut parfois se déclencher : le gaz accumulé explose comme une bombe à hydrogène géante. Après l'éruption, il reste des cendres — un mélange d'éléments lourds qui remonte à la surface et forme une atmosphère brûlante.

Dans une galaxie lointaine, à une distance que la lumière met 11 milliards d'années à parcourir, quelque chose a brillé. Le télescope à rayons X Einstein Probe a détecté un sursaut bref, comme une piqûre d'aiguille — il n'a duré que quelques dizaines de secondes.

En 2017, le détecteur IceCube a capté un neutrino provenant de la galaxie lointaine TXS 0506+056. C'est comme entendre une sonnerie de l'autre côté de l'océan : le signal vient de là où naissent les particules les plus énergétiques de l'Univers.

Une étoile à neutrons de la taille d'une ville est le noyau comprimé d'un astre défunt. Certaines deviennent des pulsars — des phares cosmiques aux éclats périodiques. Leur champ magnétique est des milliards de fois plus intense que celui de la Terre ; aux pôles, il jaillit en un geyser tumultueux.

Un détecteur de matière noire ressemble à un microphone très sensible qui écoute le silence. Il capte de minuscules secousses thermiques – les phonons – qui se produisent lorsqu'une particule frôle le cristal.

Au centre de la Voie lactée, parmi les nuages denses de gaz et de poussière, se trouve une région appelée Sagittaire C. Elle ressemble à un carrefour animé : des étoiles y naissent, des flux de matière s'y heurtent, et tout cela est éclairé par des rayons X. Pendant longtemps, cette lueur est restée une énigme.

En avril 2023, les satellites japonais ont détecté une éruption de rayons X extrêmement puissante sur l'étoile à neutrons MAXI J1752–457. L'étoile a refroidi en 4 jours — cinq fois plus vite que d'habitude. Comme si quelqu'un avait entrouvert une fenêtre cosmique. Cette fenêtre a été ouverte par le « processus Urca » nucléaire.

Un minuteur de cuisine tique une fois par seconde. L'étoile à neutrons SRGA J144459.2-604207, elle, tique 448 fois par seconde : c'est sa propre rotation, et elle se fait entendre dans les sursauts de rayons X. En 2024, l'étoile s'est réveillée et a commencé à émettre des explosions thermonucléaires à sa surface, comme une casserole d'eau bouillante qui déborde.

En 1994, des astronomes ont vu l'étoile V4332 dans la constellation du Sagittaire s'embraser soudainement, devenant des milliers de fois plus brillante. Depuis, elle ne s'est pas calmée : sa luminosité a encore varié à plusieurs reprises.

Lorsqu'une étoile comme le Soleil épuise son hydrogène, elle se gonfle en géante rouge, et de l'hélium s'accumule dans son noyau. À un moment donné, l'hélium s'embrase : en quelques secondes, il libère autant d'énergie que l'étoile en a rayonné pendant des milliers d'années. C'est ce qu'on appelle le flash de l'hélium.

Le nitrure de bore hexagonal en couche mince est un cousin du graphite, mais transparent et isolant. Dans son réseau cristallin, on rencontre parfois des défauts isolés : un atome de bore ou d'azote manque, et à sa place se forme un piège à électrons. Ce piège peut absorber la lumière et la réémettre, comme une minuscule lampe de poche.

Une multitude d'atomes peuvent agir comme un orchestre bien réglé : si chacun émet de la lumière à l'unisson avec les autres, l'éclat est multiplié. C'est la superradiance — un phénomène bien étudié en laboratoire, mais presque jamais recherché dans l'espace.

Au centre de la galaxie J2344, il y a cinq ans, un trou noir — une région de l'espace-temps dont la gravité est si intense que même la lumière ne peut s'en échapper — a déchiqueté une étoile.

Lorsqu'une étoile à neutrons émet un sursaut de rayons X, son atmosphère s'échauffe à des millions de degrés. La lumière que nous captons avec nos télescopes traverse cette couche de gaz dense — et en chemin, elle est fortement modifiée. Le spectre n'est plus celui d'un four idéal : certaines couleurs s'intensifient, d'autres s'éteignent.

Dans la galaxie voisine du Grand Nuage de Magellan se trouve le système binaire A0538-66. Là, une étoile à neutrons — une boule minuscule de la taille d'une ville mais plus massive que le Soleil — tourne sur elle-même en 69 millisecondes.

Le 1er octobre 2024, une éruption de classe X7.1, l'une des plus puissantes, s'est produite sur le Soleil. Deux sondes spatiales, HXI et STIX, l'ont observée sous des angles différents, comme deux yeux, et, combinées à un modèle informatique, ont permis de reconstituer une image tridimensionnelle.

Dans le système binaire Cyg X-2, l'étoile à neutrons attire la matière d'une étoile compagne ordinaire. Le gaz qui tombe s'enroule, s'échauffe à des millions de degrés et brille intensément en rayons X.

Dans un recoin sombre de la Voie lactée, un métronome naturel fonctionne. Toutes les 8196 secondes, soit environ 2 heures 16 minutes, un éclat de rayons X jaillit à la surface d'une étoile à neutrons. L'étoile EP J171159.4-333253 attire le gaz de son étoile voisine, et ce gaz, en tombant, s'accumule à sa surface.

Au cœur de chaque galaxie sommeille un trou noir supermassif. Lorsqu'il dévore de la matière, ses environs s'embrasent : c'est un noyau actif. Comment savoir si des éruptions ont eu lieu par le passé, alors que le trou noir se tait ? La réponse nous vient de l'écho lumineux.